摘 要

随着风能资源的普及，风电系统的并网及其产生的各种问题也得到了广泛的注意。由于风能具有波动性，产生的电能很不稳定，负载往往也具有波动性，产生了系统运行不平稳问题。本文根据直驱永磁风力发电系统运行的原理，建立风力发电系统，展开了以下研究：1）在风力机发出的电压过低时，如果不采取任何措施，直接采取被动保护式的解列方式，会引起电网更大的故障，影响电网的安全运行；此时，采用储能系统持续向负载供电，维持电压平衡以及发电/负荷动态平衡；2）在风力机发出电能过多时，储能系统则可以将过多的电能储存起来，节约能源。3)当电网电压跌落时，储能系统保证风电系统具有一定的低电压穿透能力。因此，研究系统中加入了混合储能装置来解决风电系统运行不平稳问题。

本文提出了一种混合式储能装置，该储能单元结合了超级电容储能和蓄电池储能的优点。并且提出一种直接功率控制的方法。并在建立模型的基础上，再在仿真软件Matlab上进行建模与仿真。

关键词:MATLAB/Simulink；混合储能系统；功率控制；风电系统

Abstract

With the popularity of wind energy resources, and connection between wind power system and electricity power system ,as well as the problem which happen at connection., has got many attention.Since wind energy are volatile, and the power which come out of this system is unstable, the load are volatile, too. As the result of these two problem, wind energy system is not running smoothly. In this passage, according to the theory of the direct-drive wind turbine system with permanent magnet generator , I established a wind power generation system, expanded the following studies: 1) when the voltage from wind turbine is too low , if you do not take any measures but take directly passive protection. It will cause greater safe problem of the power system; in this case, the use of energy storage systems continued to supply energy, maintain voltage balance and power generation / load dynamic equilibrium; 2) When the wind turbine sends out too much energy, energy storage systems in wind system would reserve the excess energy. 3) When the grid voltage drops, wind power energy storage system ensures that the system has the ability of low voltage penetration. Therefore, the study provide the system with energy storage device to solve the problem that the wind power system runs unstably.

This thesis proposes a hybrid energy storage device, the storage unit combines the advantages of the super capacitor and the battery. And propose a method of direct power control. On the basis of the model, then modeled and simulated the system on software named Matlab/Simulink.

Keywords: MATLAB / Simulink; hybrid energy storage system; power control; wind power system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 风力发电现状 1

1.1.1 国外风力发展现状 1

1.1.2 我国风力发电现状 3

1.2 风力发电系统分类 4

第2章 系统框架及其原理 6

2.1 系统框图 6

2.2 基础储能的直驱式风电系统的主要组成模块 6

2.2.1 整流系统 6

2.2.2 Boost斩波电路 7

2.2.3 储能系统 7

2.2.4 逆变系统 7

2.3 主要调制技术 8

第3章储能式永磁直驱风力发电系统的数学建模与仿真 9

3.1 直驱风力发电系统工作原理及基本组成 9

3.2 直驱风力发电系统数学模型 10

3.2.1 风力机数学模型 10

3.2.2 传动数学模型 14

3.2.3 永磁同步发电机数学模型 14

3.2.4 电机侧变换器的基本数学模型 16

3.2.5 电网侧变换器数学模型 19

3.2.6 能量存储系统基本数学模型 22

3.3 本章小结 25

第4章 基于混合储能的直驱风力发电系统功率控制 26

4.1 引言 26

4.2 变流模块控制策略与仿真 26

4.2.1 Boost变换器的控制策略 26

4.2.2 电机侧整流器整流方案 27

4.2.3 逆变器控制策略 28

4.3 复合储能系统的功率控制及其仿真 31

4.4 本章小结 39

第5章 全文总结 40

5.1 全文总结 40

5.2 有待进一步改善的工作 40

参考文献 42

致谢 44

第1章 绪论

1.1 风力发电现状

随着社会的不断发展，传统的能源已经不能满足人类的需求，风能，潮汐能，地热能这样的新型能源不断走入人们的视野。其中风能是一种环保干净，取之不尽，用之不竭的能源，并且在地球上分布广泛，故风能具有极好的应用前景。风能资源蕴藏丰富，全球有约27.4亿MW的风能，其中可以为人类所利用的有2亿MW，并且我国的风能资源相对富裕，并且在西北，华北和东北均有分布^[1]。我国是一个能源消耗大国，而且经济正在跟随世界的脚步飞速的发展，所以面临着大量消耗石油，煤炭等不环保的能源，因此开发和利用新能源是我国的能源发展战略。随着风电技术的不断发展，风电穿透率的不断提高，风电并网成了一个大问题，由于风能本身的波动性，风电的相对不稳定如果盲目并网的话会对电网造成巨大的危害，本文将对如何减少风电对电网的影响和国内外的风电发展技术进行进一步的阐述。

1.1.1 国外风力发展现状